(57)【要約】  全自動脳腫瘍セグメンテーション及び分類法及びシステムが、機械知能を用いて医療体験を改善する。自動脳腫瘍セグメンテーション及び分類法及びシステムは、全腫瘍セグメンテーション及び多クラス腫瘍セグメンテーションを利用して正確な解析を行う。【選択図】      図２
2019523065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の非一時的メモリにプログラムされた方法であって、
全腫瘍セグメンテーションを実行するステップと、
多クラス腫瘍セグメンテーションを実行するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記全腫瘍セグメンテーションは、データ正規化及び初期セグメンテーションを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記全腫瘍セグメンテーションは、
Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ及びＴ２を含むマルチモーダルＭＲＩを利用するステップと、
最小腫瘍半球を決定するステップと、
組織を分類するステップと、
異なる組織構造の強度に基づいて強度制御点を識別するステップと、
前記強度制御点に基づいて前記ＭＲＩの各々の前記強度を正規化するステップと、
初期腫瘍シードの位置を特定するステップと、
前記腫瘍シードに基づいて腫瘍をセグメント化するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記多クラス腫瘍セグメンテーションは、特徴抽出、ボクセル分類及び精緻化を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
特徴抽出は、ボクセル毎の特徴及びコンテキスト特徴を決定するステップを含み、ボクセル毎の特徴は、外観特徴、テクスチャ特徴及び位置特徴を含む、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
コンテキスト特徴抽出は、ＭＲＩの各八分円における平均強度を抽出するステップと、マルチスケールコンテキスト特徴を抽出するステップと、Ｔ１ｃ  ＭＲＩからの前記コンテキスト特徴とＴ２  ＭＲＩからの前記コンテキスト特徴とを組み合わせるステップとをさらに含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ボクセル分類は、前記特徴抽出からの情報と決定木とを利用して腫瘍を分類する、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
精緻化は、前記腫瘍の正しい分類を確実にする病理学誘導精緻化を含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
アプリケーションを記憶する非一時的メモリと、
前記メモリに結合されて前記アプリケーションを処理するように構成された処理要素と、
を備え、前記アプリケーションは、
全腫瘍セグメンテーションを実行し、
多クラス腫瘍セグメンテーションを実行する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記全腫瘍セグメンテーションは、データ正規化及び初期セグメンテーションを含む、
請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記全腫瘍セグメンテーションは、
Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ及びＴ２を含むマルチモーダルＭＲＩを利用するステップと、
最小腫瘍半球を決定するステップと、
組織を分類するステップと、
異なる組織構造の強度に基づいて強度制御点を識別するステップと、
前記強度制御点に基づいて前記ＭＲＩの各々の前記強度を正規化するステップと、
初期腫瘍シードの位置を特定するステップと、
前記腫瘍シードに基づいて腫瘍をセグメント化するステップと、
を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記多クラス腫瘍セグメンテーションは、特徴抽出、ボクセル分類及び精緻化を含む、
請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
特徴抽出は、ボクセル毎の特徴及びコンテキスト特徴を含み、ボクセル毎の特徴は、外観特徴、テクスチャ特徴及び位置特徴を特定するステップを含む、
請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
コンテキスト特徴抽出は、ＭＲＩの各八分円における平均強度を抽出するステップと、マルチスケールコンテキスト特徴を抽出するステップと、Ｔ１ｃ  ＭＲＩからの前記コンテキスト特徴とＴ２  ＭＲＩからの前記コンテキスト特徴とを組み合わせるステップとをさらに含む、
請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
ボクセル分類は、前記特徴抽出からの情報と決定木とを利用して腫瘍を分類する、
請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
精緻化は、前記腫瘍の正しい分類を確実にする病理学誘導精緻化を含む、
請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
磁気共鳴撮像装置と、
コンピュータ装置と、
を備え、前記コンピュータ装置は、
全腫瘍セグメンテーションを実行し、
多クラス腫瘍セグメンテーションを実行する、
ように構成される、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
前記全腫瘍セグメンテーションは、データ正規化及び初期セグメンテーションを含む、
請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記全腫瘍セグメンテーションは、
Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ及びＴ２を含むマルチモーダルＭＲＩを利用するステップと、
最小腫瘍半球を決定するステップと、
組織を分類するステップと、
異なる組織構造の強度に基づいて強度制御点を識別するステップと、
前記強度制御点に基づいて前記ＭＲＩの各々の前記強度を正規化するステップと、
初期腫瘍シードの位置を特定するステップと、
前記腫瘍シードに基づいて腫瘍をセグメント化するステップと、
を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記多クラス腫瘍セグメンテーションは、特徴抽出、ボクセル分類及び精緻化を含む、
請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
特徴抽出は、ボクセル毎の特徴及びコンテキスト特徴を含み、ボクセル毎の特徴は、外観特徴、テクスチャ特徴及び位置特徴を特定するステップを含む、
請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
コンテキスト特徴抽出は、ＭＲＩの各八分円における平均強度を抽出するステップと、マルチスケールコンテキスト特徴を抽出するステップと、Ｔ１ｃ  ＭＲＩからの前記コンテキスト特徴とＴ２  ＭＲＩからの前記コンテキスト特徴とを組み合わせるステップとをさらに含む、
請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
ボクセル分類は、前記特徴抽出からの情報と決定木とを利用して腫瘍を分類する、
請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
精緻化は、前記腫瘍の正しい分類を確実にする病理学誘導精緻化を含む、
請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腫瘍イメージングに関する。具体的には、本発明は、３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳神経外科手術中、執刀医は、腫瘍がどこに存在するか、及びその腫瘍の様々な要素の境界を理解する必要がある。通常、臨床医が複数の術前ＭＲＩスキャンから腫瘍クラスの輪郭形成を手動で行うには数時間が掛かり、これは著しい医療資源の無駄である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
全自動脳腫瘍セグメンテーション及び分類法及びシステムが、機械知能を用いて医療体験を改善する。自動脳腫瘍セグメンテーション及び分類法及びシステムは、全腫瘍セグメンテーション（ｗｈｏｌｅ  ｔｕｍｏｒ  ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）及び多クラス腫瘍セグメンテーション（ｍｕｌｔｉ−ｃｌａｓｓ  ｔｕｍｏｒ  ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を利用して正確な解析を行う。
【０００４】
１つの態様では、装置の非一時的メモリにプログラムされた方法が、全腫瘍セグメンテーションを実行するステップと、多クラス腫瘍セグメンテーションを実行するステップとを含む。全腫瘍セグメンテーションは、データ正規化及び初期セグメンテーションを含む。全腫瘍セグメンテーションは、Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ及びＴ２を含むマルチモーダルＭＲＩを利用するステップと、最小腫瘍半球を決定するステップと、組織を分類するステップと、異なる組織構造の強度に基づいて強度制御点を識別するステップと、強度制御点に基づいて各ＭＲＩの強度を正規化するステップと、初期腫瘍シードの位置を特定するステップと、腫瘍シードに基づいて腫瘍をセグメント化するステップとを含む。多クラス腫瘍セグメンテーションは、特徴抽出、ボクセル分類及び精緻化を含む。特徴抽出は、ボクセル毎の特徴及びコンテキスト特徴を含み、ボクセル毎の特徴は、外観特徴、テクスチャ特徴及び位置特徴を決定するステップを含む。コンテキスト特徴抽出は、ＭＲＩの各八分円における平均強度を抽出するステップと、マルチスケールコンテキスト特徴を抽出するステップと、Ｔ１ｃ  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とＴ２  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とを組み合わせるステップとをさらに含む。ボクセル分類は、特徴抽出からの情報と決定木とを利用して腫瘍を分類する。精緻化は、腫瘍の正しい分類を確実にする病理学誘導精緻化を含む。
【０００５】
別の態様では、装置が、アプリケーションを記憶する非一時的メモリと、メモリに結合されてアプリケーションを処理するように構成された処理要素とを含み、アプリケーションは、全腫瘍セグメンテーションを実行し、多クラス腫瘍セグメンテーションを実行する。全腫瘍セグメンテーションは、データ正規化及び初期セグメンテーションを含む。全腫瘍セグメンテーションは、Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ及びＴ２を含むマルチモーダルＭＲＩを利用するステップと、最小腫瘍半球を決定するステップと、組織を分類するステップと、異なる組織構造の強度に基づいて強度制御点を識別するステップと、強度制御点に基づいて各ＭＲＩの強度を正規化するステップと、初期腫瘍シードの位置を特定するステップと、腫瘍シードに基づいて腫瘍をセグメント化するステップとを含む。多クラス腫瘍セグメンテーションは、特徴抽出、ボクセル分類及び精緻化を含む。特徴抽出は、ボクセル毎の特徴及びコンテキスト特徴を含み、ボクセル毎の特徴は、外観特徴、テクスチャ特徴及び位置特徴を特定するステップを含む。コンテキスト特徴抽出は、ＭＲＩの各八分円における平均強度を抽出するステップと、マルチスケールコンテキスト特徴を抽出するステップと、Ｔ１ｃ  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とＴ２  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とを組み合わせるステップとをさらに含む。ボクセル分類は、特徴抽出からの情報と決定木とを利用して腫瘍を分類する。精緻化は、腫瘍の正しい分類を確実にする病理学誘導精緻化を含む。
【０００６】
別の態様では、システムが、磁気共鳴撮像装置と、コンピュータ装置とを含み、コンピュータ装置は、全腫瘍セグメンテーションを実行し、多クラス腫瘍セグメンテーションを実行するように構成される。全腫瘍セグメンテーションは、データ正規化及び初期セグメンテーションを含む。全腫瘍セグメンテーションは、Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ及びＴ２を含むマルチモーダルＭＲＩを利用するステップと、最小腫瘍半球を決定するステップと、組織を分類するステップと、異なる組織構造の強度に基づいて強度制御点を識別するステップと、強度制御点に基づいてＭＲＩの各々の強度を正規化するステップと、初期腫瘍シードの位置を特定するステップと、腫瘍シードに基づいて腫瘍をセグメント化するステップとを含む。多クラス腫瘍セグメンテーションは、特徴抽出、ボクセル分類及び精緻化を含む。特徴抽出は、ボクセル毎の特徴及びコンテキスト特徴を含み、ボクセル毎の特徴は、外観特徴、テクスチャ特徴及び位置特徴を特定するステップを含む。コンテキスト特徴抽出は、ＭＲＩの各八分円における平均強度を抽出するステップと、マルチスケールコンテキスト特徴を抽出するステップと、Ｔ１ｃ  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とＴ２  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とを組み合わせるステップとをさらに含む。ボクセル分類は、特徴抽出からの情報と決定木とを利用して腫瘍を分類する。精緻化は、腫瘍の正しい分類を確実にする病理学誘導精緻化を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】いくつかの実施形態によるマルチモーダルＭＲＩを示す図である。
【図２】いくつかの実施形態による自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法の図である。
【図３】いくつかの実施形態による全腫瘍セグメンテーションアルゴリズムフローの図である。
【図４】いくつかの実施形態による最小腫瘍半球ロケータアルゴリズムの図である。
【図５】いくつかの実施形態による初期腫瘍シードロケータ及び全腫瘍セグメンテーションアルゴリズムの図である。
【図６】多クラス脳腫瘍セグメンテーションチャレンジの図である。
【図７】いくつかの実施形態による機械学習のためのボクセル毎の特徴の図である。
【図８】いくつかの実施形態による、近傍情報をコンテキスト特徴として利用する図である。
【図９】いくつかの実施形態によるランダムフォレスト分類の図である。
【図１０】いくつかの実施形態による病理学誘導精緻化の図である。
【図１１】いくつかの実施形態による、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法を実行するように構成された例示的なコンピュータ装置のブロック図である。
【図１２】いくつかの実施形態による磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書で説明する自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法は、腫瘍解析プロセスを円滑にするために実行することができる。脳腫瘍セグメンテーションには、強度が各被験者で大きく変化し、境界が不明瞭かつ不規則であり、ＭＲＩでの腫瘍外観が各被験者で大幅に異なるなどの多くの課題がある。
【０００９】
図１に、いくつかの実施形態によるマルチモーダルＭＲＩを示す。マルチモーダルＭＲＩは、Ｔ１、Ｔ１造影（Ｔ１ｃ）、Ｔ２、及びＴ２  ｆｌａｉｒを含む。
【００１０】
図２は、いくつかの実施形態による自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法の図である。ステップ２００において、全腫瘍セグメンテーションを実行する。全腫瘍セグメンテーションは、データ正規化２０２及び初期セグメンテーション２０４を含む。データ正規化２０２は、解剖学的構造に基づく強度正規化を含む。初期セグメンテーション２０４は、解剖学誘導グラフに基づくセグメンテーション（ａｎａｔｏｍｙ−ｇｕｉｄｅｄ  ｇｒａｐｈ−ｂａｓｅｄ  ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を含む。ステップ２０６において、多クラス腫瘍セグメンテーションを実行する。多クラス腫瘍セグメンテーションは、特徴抽出２０８、ボクセル分類２１０及び精緻化２１２を含む。特徴抽出２０８及びボクセル分類２１０では、関心領域（ＲＯＩ）誘導ランダムフォレストを使用する。精緻化２１２は、病理学誘導精緻化（ｐａｍｏｌｏｇｙ−ｇｕｉｄｅｄ  ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）を含む。本明細書では、これらの各ステップについてさらに説明する。いくつかの実施形態では、これよりも少ないステップ又はさらなるステップが実行される。例えば、ＭＲＩ情報を取得するステップ及び／又は精緻化画像を表示するステップを含めることができる。いくつかの実施形態では、これらのステップの順序が変更される。
【００１１】
自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法は、腫瘍が脳脊髄液（ＣＳＦ）の外観に影響を与えないことを前提としたＣＳＦベースの実装とは異なり、腫瘍を全く又は最小量しか含まない脳の一部を使用して構造強度を推定する。
【００１２】
図３は、いくつかの実施形態による全腫瘍セグメンテーションアルゴリズムフローの図である。マルチモーダルＭＲＩ３００（例えば、Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ及びＴ２）を取得する。ステップ４００において、Ｔ１ｃ  ＭＲＩを解析して最小腫瘍半球を決定する。最小腫瘍半球の決定は、各半球における腫瘍の位置を特定した後に２つの半球を比較してどちらの方が腫瘍が少ないかを判断することなどのあらゆる方法で行うことができる。別の例では、半球を既知のデータ（例えば、腫瘍を含まない半球）と比較し、既知のデータとの差分が小さい方の半球を最小腫瘍半球として選択する。腫瘍が完全に対称的に生じることはめったにないので、いくつかの実施形態では、最小腫瘍半球の決定が、ｆｌａｉｒとＴ２  ＭＲＩとの間の対称差を求めることを含み、その後に閾値化及び和集合（ｕｎｉｏｎ）を実行して質量中心を含まない方の半球を最小腫瘍半球とする。ステップ３０２において、組織分類を行って脳組織を白質（ＷＭ）、灰白質（ＧＭ）及び脳脊髄液（ＣＳＦ）に分類する。組織分類は、当業者に周知のあらゆる方法で実行することができる。ステップ３０４において、各マルチモーダルＭＲＩ３００（例えば、Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ、Ｔ２）の強度ヒストグラムを生成する。いくつかの実施形態では、ＣＳＦ、白質（ＷＭ）及び灰白質（ＧＭ）の中央値と端点とを用いてヒストグラムから強度制御点を生成する。ステップ３０６において、各マルチモーダルＭＲＩ３００（Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ、Ｔ２）について強度正規化を実行する。強度正規化は、あらゆる方法で行うことができる。例えば、各ＭＲＩの制御点の強度は一致する。この例をさらに進めて、脳構造（ＷＭ、ＧＭ、ＣＳＦ）の強度を基準ＭＲＩの強度にマッピングする。ステップ５００において、初期腫瘍シード（ｉｎｉｔｉａｌ  ｔｕｍｏｒ  ｓｅｅｄ）の位置を特定する。いくつかの実施形態では、初期腫瘍シードの位置が強度ヒストグラムを用いて特定される。初期腫瘍シードは、強度（例えば、閾値を上回る強度を初期腫瘍シードと見なす）と、入力ＭＲＩの対称差とに基づいて検出することができる。ステップ５０２において、全腫瘍セグメンテーションのために、ＧｒｏｗＣｕｔと呼ばれる領域拡張ベースのセグメンテーションに基づく超高速セグメンテーションアルゴリズムを実行する。いくつかの実施形態では、全腫瘍セグメンテーションを複数の腫瘍について繰り返す。ステップ３０８において、多クラス腫瘍分類のために、全腫瘍セグメンテーション及び強度正規化を用いて腫瘍分類を実行する。例えば、機械学習を利用して腫瘍の認識及び／又は腫瘍の分類を学習する。いくつかの実施形態では、腫瘍分類が、全拡張セグメンテーション及び強度正規化の出力を入力として利用して腫瘍を分類する。いくつかの実施形態では、これよりも少ないステップ又はさらなるステップが実行される。いくつかの実施形態では、ステップの順序が変更される。
【００１３】
図４は、いくつかの実施形態による最小腫瘍半球ロケータアルゴリズムの図である。最小腫瘍半球４００の決定は、各半球における腫瘍の位置を特定した後に２つの半球を比較してどちらの方が腫瘍が少ないかを判断することなどのあらゆる方法で行うことができる。別の例では、半球を既知のデータ（例えば、腫瘍を含まない半球）と比較し、既知のデータとの差分が小さい方の半球を最小腫瘍半球として選択する。腫瘍が完全に対称的に生じることはめったにないので、いくつかの実施形態では、最小腫瘍半球の決定が、ステップ４０２において、ｆｌａｉｒ  ＭＲＩとＴ２  ＭＲＩとの間の対称差を求めることを含み、その後にステップ４０４において、閾値化及び和集合を実行して質量中心を含まない方の半球を最小腫瘍半球とする。いくつかの実施形態では、これよりも少ないステップ又はさらなるステップが実行される。いくつかの実施形態では、ステップの順序が変更される。
【００１４】
図５は、いくつかの実施形態による全腫瘍セグメンテーションアルゴリズムの図である。ステップ５０４において、各マルチモーダルＭＲＩ３００（Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ、Ｔ２）の強度ヒストグラムを解析し、制御点に基づいて閾値を設定し、Ｔ２とＦｌａｉｒとの間の対称差を計算する。ステップ５０６において、閾値化及び和集合を実行し、ステップ５０８において、閾値化及び共通部分（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ）を実行する。いくつかの実施形態では、閾値化及び和集合が、（例えば、統計に基づいて）閾値を決定し、異なるＭＲＩ画像を組み合わせて和集合を形成することを含む。いくつかの実施形態では、閾値化及び共通部分が、（例えば、制御点に基づいて）閾値を決定し、異なるＭＲＩ画像（例えば、強度）がいつ交わるかを判断することを含む。ステップ５１０において、結果を組み合わせた後に後処理を行って初期腫瘍シード５１２を決定する。初期腫瘍シード５１２を用いて背景シード及び標的シード５１４を識別し、これらをＧｒｏｗＣｕｔ（又は別の）アルゴリズム５１６において使用して全腫瘍５１８を特定する。いくつかの実施形態では、これよりも少ないステップ又はさらなるステップが実行される。いくつかの実施形態では、ステップの順序が変更される。
【００１５】
図６は、多クラス脳腫瘍セグメンテーションチャレンジの図である。脳６００は、全腫瘍６０２、浮腫６０４、非増強コア（ｎｏｎ−ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  ｃｏｒｅ）６０６、活性コア６０８及び壊死６１０を含む。図形６５０は、外観ルール及び病理学ルールに基づく複雑な医療上の決定をモデル化するための例示的な公式を示す。
【００１６】
図７は、いくつかの実施形態による機械学習のためのボクセル毎の特徴の図である。これらの特徴は、外観特徴７００、テクスチャ特徴７０２及び位置特徴７０４を含む。外観特徴７００は、ＭＲＩのノイズを除去する平滑化（例えば、ガウス平滑化）によって決定することができる。いくつかの実施形態では、平滑化されたボクセル強度が結果として得られるように、強度を正規化した後にＭＲＩに平滑化を適用する。テクスチャ特徴７０２は、ディベロプコア（ｄｅｖｅｌｏｐ  ｃｏｒｅ）の不均一性を求めるＴ２分散（Ｔ２  ｖａｒｉａｎｃｅ）と、構造境界のエッジ及びブロブ（ｂｌｏｂ）を求める、Ｔ２に対するガウシアンのラプラシアン（Ｌａｐｌａｃｉａｎ  ｏｆ  Ｇａｕｓｓｉａｎ：ＬＯＧ）とを用いて解析することができる。位置特徴７０４は、全腫瘍の初期セグメンテーションに基づいて解析することもできる。
【００１７】
図８は、いくつかの実施形態による、近傍情報をコンテキスト特徴として利用する図である。Ｔ１ｃ  ＭＲＩにはコア情報が多く含まれ、Ｔ２  ＭＲＩには境界情報が多く含まれる。従って、Ｔ１ｃ  ＭＲＩとＴ２  ＭＲＩとを用いて各八分円において平均強度を抽出し、マルチスケールコンテキスト特徴を抽出し、Ｔ１ｃ及びＴ２からのコンテキスト特徴を組み合わせる。
【００１８】
図９は、いくつかの実施形態によるランダムフォレスト分類の図である。外観特徴７０２、テクスチャ特徴７０４及び位置特徴７０６を用いてボクセルベースの特徴ベクトル９００を生成してこれをコンテキスト特徴と組み合わせた後に、訓練した決定木９０２によって腫瘍ラベルを分類することができる。
【００１９】
図１０は、いくつかの実施形態による病理学誘導精緻化の図である。壊死が浮腫として誤表示されたり、又は非増強コアが浮腫として誤表示されたりなどのように項目が誤表示されるのを避けるために病理学誘導精緻化を利用する。例えば、（例えば、ＧｒｏｗＣｕｔを用いて非増強コアを拡張させる）病理学ルールに基づくコンテキストベースの精緻化又はグラフベースの精緻化を使用して、解析を精緻化して正確な結果を求めることができる。
【００２０】
図１１は、いくつかの実施形態による、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法を実行するように構成された例示的なコンピュータ装置のブロック図である。コンピュータ装置１１００は、画像及びビデオなどの情報の取得、記憶、計算、処理、通信及び／又は表示を行うために使用することができる。一般に、コンピュータ装置１１００を実装するのに適したハードウェア構造は、ネットワークインターフェイス１１０２、メモリ１１０４、プロセッサ１１０６、（単複の）Ｉ／Ｏ装置１１０８、バス１１１０及び記憶装置１１１２を含む。プロセッサの選択は、十分な速度の好適なプロセッサを選択する限り重要ではない。メモリ１１０４は、当業で周知のいずれかの従来のコンピュータメモリとすることができる。記憶装置１１１２は、ハードドライブ、ＣＤＲＯＭ、ＣＤＲＷ、ＤＶＤ、ＤＶＤＲＷ、高精細ディスク／ドライブ、ウルトラＨＤドライブ、フラッシュメモリカード、又はその他のいずれかの記憶装置を含むことができる。コンピュータ装置１１００は、１又は２以上のネットワークインターフェイス１１０２を含むことができる。ネットワークインターフェイスの例としては、イーサネット（登録商標）又は他のタイプのＬＡＮに接続されたネットワークカードが挙げられる。（単複の）Ｉ／Ｏ装置１１０８は、キーボード、マウス、モニタ、画面、プリンタ、モデム、タッチ画面、ボタンインターフェイス及びその他の装置のうちの１つ又は２つ以上を含むことができる。記憶装置１１１２及びメモリ１１０４には、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法を実行するために使用される（単複の）自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類アプリケーション１１３０が記憶されて、アプリケーションが通常処理されるように処理される可能性が高い。コンピュータ装置１１００には、図１１に示すものよりも多くの又は少ないコンポーネントを含めることもできる。いくつかの実施形態では、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法ハードウェア１１２０が含まれる。図１１のコンピュータ装置１１００は、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法のためのアプリケーション１１３０及びハードウェア１１２０を含むが、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらのあらゆる組み合わせでコンピュータ装置上に実装することもできる。例えば、いくつかの実施形態では、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法アプリケーション１１３０がメモリにプログラムされ、プロセッサを用いて実行される。別の例として、いくつかの実施形態では、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法ハードウェア１１２０が、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法を実装するように特別に設計されたゲートを含むプログラムされたハードウェアロジックである。
【００２１】
いくつかの実施形態では、（単複の）自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法アプリケーション１１３０が、複数のアプリケーション及び／又はモジュールを含む。いくつかの実施形態では、モジュールが、１又は２以上のサブモジュールをさらに含む。いくつかの実施形態では、これよりも少ない又はさらなるモジュールを含めることもできる。
【００２２】
好適なコンピュータ装置の例としては、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、コンピュータワークステーション、サーバ、メインフレームコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、携帯情報端末、セルラ／携帯電話機、スマート家電、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラ付き電話機、スマートフォン、ポータブル音楽プレーヤ、タブレットコンピュータ、モバイル装置、ビデオプレーヤ、ビデオディスクライタ／プレーヤ（ＤＶＤライタ／プレーヤ、高精細ディスクライタ／プレーヤ、超高精細ディスクライタ／プレーヤなど）、テレビ、家庭用エンターテイメントシステム、拡張現実装置、仮想現実装置、スマートジュエリ（例えば、スマートウォッチ）、又はその他のあらゆる好適なコンピュータ装置が挙げられる。
【００２３】
図１２は、いくつかの実施形態による磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）システムの図である。ＭＲＩ装置１２００は、脳スキャンなどのＭＲＩ画像を取得するために使用される。コンピュータ装置１１００は、（例えば、ダウンロード又はクラウドにおけるアクセスによって）ＭＲＩ装置１２００からＭＲＩ情報を受け取って自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法を実行する。
【００２４】
本明細書で説明した自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法を利用するには、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法を用いてＭＲＩ情報を解析する。この解析に基づいて腫瘍を識別することができる。外科医は、識別された腫瘍に基づいて、腫瘍を除去する手術を行うことができる。
【００２５】
動作中、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法は、ユーザ入力を伴わずにＭＲＩ情報において腫瘍を効率的かつ正確に識別する。
【００２６】
本明細書では、自動３Ｄ脳腫瘍のセグメンテーション及び分類を脳腫瘍に関連して説明したが、自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類法は、他のあらゆる腫瘍又は疾患に適合することもできる。
【００２７】
自動３Ｄ脳腫瘍セグメンテーション及び分類のいくつかの実施形態
１．装置の非一時的メモリにプログラムされた方法であって、
全腫瘍セグメンテーションを実行するステップと、
多クラス腫瘍セグメンテーションを実行するステップと、
を含む方法。
【００２８】
２．全腫瘍セグメンテーションは、データ正規化及び初期セグメンテーションを含む、条項１の方法。
【００２９】
３．全腫瘍セグメンテーションは、
Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ及びＴ２を含むマルチモーダルＭＲＩを利用するステップと、
最小腫瘍半球を決定するステップと、
組織を分類するステップと、
異なる組織構造の強度に基づいて強度制御点を識別するステップと、
強度制御点に基づいて各ＭＲＩの強度を正規化するステップと、
初期腫瘍シードの位置を特定するステップと、
腫瘍シードに基づいて腫瘍をセグメント化するステップと、
を含む、条項１の方法。
【００３０】
４．多クラス腫瘍セグメンテーションは、特徴抽出、ボクセル分類及び精緻化を含む、条項１の方法。
【００３１】
５．特徴抽出は、ボクセル毎の特徴及びコンテキスト特徴を決定するステップを含み、ボクセル毎の特徴は、外観特徴、テクスチャ特徴及び位置特徴を含む、条項４の方法。
【００３２】
６．コンテキスト特徴抽出は、ＭＲＩの各八分円における平均強度を抽出するステップと、マルチスケールコンテキスト特徴を抽出するステップと、Ｔ１ｃ  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とＴ２  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とを組み合わせるステップとをさらに含む、条項５の方法。
【００３３】
７．ボクセル分類は、特徴抽出からの情報と決定木とを利用して腫瘍を分類する、条項６の方法。
【００３４】
８．精緻化は、腫瘍の正しい分類を確実にする病理学誘導精緻化を含む、条項７の方法。
【００３５】
９．アプリケーションを記憶する非一時的メモリと、
メモリに結合されてアプリケーションを処理するように構成された処理要素と、
を備え、アプリケーションは、
全腫瘍セグメンテーションを実行し、
多クラス腫瘍セグメンテーションを実行する、装置。
【００３６】
１０．全腫瘍セグメンテーションは、データ正規化及び初期セグメンテーションを含む、条項９の装置。
【００３７】
１１．全腫瘍セグメンテーションは、
Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ及びＴ２を含むマルチモーダルＭＲＩを利用するステップと、
最小腫瘍半球を決定するステップと、
組織を分類するステップと、
異なる組織構造の強度に基づいて強度制御点を識別するステップと、
強度制御点に基づいて各ＭＲＩの強度を正規化するステップと、
初期腫瘍シードの位置を特定するステップと、
腫瘍シードに基づいて腫瘍をセグメント化するステップと、
を含む、条項９の装置。
【００３８】
１２．多クラス腫瘍セグメンテーションは、特徴抽出、ボクセル分類及び精緻化を含む、条項９の装置。
【００３９】
１３．特徴抽出は、ボクセル毎の特徴及びコンテキスト特徴を含み、ボクセル毎の特徴は、外観特徴、テクスチャ特徴及び位置特徴を特定するステップを含む、条項１２の装置。
【００４０】
１４．コンテキスト特徴抽出は、ＭＲＩの各八分円における平均強度を抽出するステップと、マルチスケールコンテキスト特徴を抽出するステップと、Ｔ１ｃ  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とＴ２  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とを組み合わせるステップとをさらに含む、条項１３の装置。
【００４１】
１５．ボクセル分類は、特徴抽出からの情報と決定木とを利用して腫瘍を分類する、条項１４の装置。
【００４２】
１６．精緻化は、腫瘍の正しい分類を確実にする病理学誘導精緻化を含む、条項１５の装置。
【００４３】
１７．磁気共鳴撮像装置と、
コンピュータ装置と、
を備え、コンピュータ装置は、
全腫瘍セグメンテーションを実行し、
多クラス腫瘍セグメンテーションを実行する、
ように構成される、システム。
【００４４】
１８．全腫瘍セグメンテーションは、データ正規化及び初期セグメンテーションを含む、条項１７のシステム。
【００４５】
１９．全腫瘍セグメンテーションは、
Ｔ１、Ｔ１ｃ、Ｆｌａｉｒ及びＴ２を含むマルチモーダルＭＲＩを利用するステップと、
最小腫瘍半球を決定するステップと、
組織を分類するステップと、
異なる組織構造の強度に基づいて強度制御点を識別するステップと、
強度制御点に基づいてＭＲＩの各々の強度を正規化するステップと、
初期腫瘍シードの位置を特定するステップと、
腫瘍シードに基づいて腫瘍をセグメント化するステップと、
を含む、条項１７のシステム。
【００４６】
２０．多クラス腫瘍セグメンテーションは、特徴抽出、ボクセル分類及び精緻化を含む、条項１７のシステム。
【００４７】
２１．特徴抽出は、ボクセル毎の特徴及びコンテキスト特徴を含み、ボクセル毎の特徴は、外観特徴、テクスチャ特徴及び位置特徴を特定するステップを含む、条項２０のシステム。
【００４８】
２２．コンテキスト特徴抽出は、ＭＲＩの各八分円における平均強度を抽出するステップと、マルチスケールコンテキスト特徴を抽出するステップと、Ｔ１ｃ  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とＴ２  ＭＲＩからのコンテキスト特徴とを組み合わせるステップとをさらに含む、条項２１のシステム。
【００４９】
２３．ボクセル分類は、特徴抽出からの情報と決定木とを利用して腫瘍を分類する、条項２２のシステム。
【００５０】
２４．精緻化は、腫瘍の正しい分類を確実にする病理学誘導精緻化を含む、条項２３のシステム。
【００５１】
本発明の構成及び動作の原理を容易に理解できるように、詳細を含む特定の実施形態に関して本発明を説明した。本明細書におけるこのような特定の実施形態及びこれらの実施形態の詳細についての言及は、本明細書に添付する特許請求の範囲を限定することを意図したものではない。当業者には、特許請求の範囲によって定められる本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、例示のために選択した実施形態において他の様々な修正を行えることが容易に明らかになるであろう。
【符号の説明】
【００５２】
２００  全腫瘍セグメンテーション
２０２  データ正規化
２０４  初期セグメンテーション
２０６  多クラス腫瘍セグメンテーション
２０８  特徴抽出
２１０  ボクセル分類
２１２  精緻化
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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